第56講波動光學(xué)光的偏振第56講波動光學(xué)光的偏振內(nèi)容(編輯修改稿)
2024-07-26 16:57 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振動為主的部分偏振光。二、 Brewster定律1．內(nèi)容：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)，若光從折射率為n1的介質(zhì)射向折射率為n2的介質(zhì)，當(dāng)入射角滿足n1n2i0g 時，反射光中就只有垂直于入射面的光振動，而沒有平行于入射面的光振動，這時反射光為線偏振光，而折射光仍為部分偏振光。這就是Brewster定律，是Brewster與1812年發(fā)現(xiàn)的。其中i0叫做起偏角（Polarizing Angle）或Brewster角。這個實驗規(guī)律可用麥克斯韋電磁場理論的菲涅耳公式解釋。2．說明：1）當(dāng)入射角是Brewster角時，折射光與入射光垂直。由折射定律： n1sini0=n2sinγ0 Brewster定律： tg i0= n2 /n1即： n1sini0=n2cosi0相比較： cosi0= sinγ0故 i0= sinγ0=π/22）理論實驗表明：%，而約占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。3）反射光能量較弱，透射光較強。為了獲得一束強度較高的偏振光，可以使自然光通過一系列玻璃片重疊在一起的玻璃堆，并使入射角為起偏角，則透射光近似地為線偏振光。三、使用反射和折射的方法獲得偏振光反射——Brewster角入射折射——玻璃堆反射光能量較弱，透射光較強。為了獲得一束強度較高的偏振光，可以使自然光通過一系列玻璃片重疊在一起的玻璃堆，并使入射角為起偏角，則透射光近似地為線偏振光。理論實驗表明：%，而約占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。為了增大反射光的強度和折射光的偏振化程度，可以用一些相互平行的、由相同玻璃片組成的玻璃片堆。如下圖所示，當(dāng)自然光以布儒斯特角入射這一片堆時，除反射光為偏振光外，多次折射后的折射光的偏振化程度將越來越高，最后也變?yōu)槠窆?，但反射和折射偏振光的振動面相互垂直。，如圖：在玻璃片下表面處的反射，所以反射光仍是垂直于入射面振動的偏振光。例題：已知某材料在空氣中的布儒斯特角 ip=580， 求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率為 ），求布儒斯特角？該材料對水的相對 折射率是多少？解：設(shè)該材料的折射率為 n ，空氣的折射率為1放在水中，則對應(yīng)有所以：。167。17－14 雙折射Birefringence一、 雙折射現(xiàn)象：1．什么是雙折射現(xiàn)象？一束自然光射向石英、方解石等各向異性介質(zhì)時，其折射光有兩束，這種現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。利用一些天然晶體如方解石、石英的各向異性，當(dāng)自然光沿任意方向入射到晶體表面上，將在晶體內(nèi)沿兩個不同方向產(chǎn)生兩束折射光，這就是晶體的雙折射現(xiàn)象。2．尋常光與非常光：尋常光線（ordinary light，o光）——遵守折射定律，折射光線總在入射面內(nèi)；非常光線（extraordinary light，e 光）——不遵守折射定律，折射光線不一定在入射面內(nèi)。3．晶體的光軸（optical axis）：產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象的原因是由于o光和e光在晶體內(nèi)有不同的傳播速度。o光——在晶體中各個方向傳播速度相同e 光——在晶體中各個方向傳播速度不同光軸——某些晶體內(nèi)有一個確定的方向，在這個方向上，o光和e光的傳播速度相同，這個方向稱為晶體的光軸。，而不是某一固定直線： 單軸晶體：只有一個光軸，如方解石、石英雙軸晶體：有兩個光軸，如云母、硫磺 4．晶體的主截面（Principal section of crystal）：由光軸和晶體表面的法線所組成的平面，稱為晶體主截面。例如，方解石的主截面是一平行四邊形。5．光的主平面：由光軸和晶體內(nèi)已知光線組成的平面，稱為該光線的主平面。o光和e光有各自的主平面。實驗證明，o光和e光都是線偏振光，但是光矢量的振動方向不同，o光的振動方向垂直于自己的主平面，e光的振動方向平行于自己的主平面。當(dāng)入射光的入射面與晶體的主截面重合時，o光和e光都在入射面內(nèi)且振動方向互相垂直。在一般情況下。o光和e光的振動方向并不完全垂直，而是有一個不大的夾角，且e光不在入射面內(nèi)。一般來說，o光主平面和e光主平面不一定重合。若光軸在入射面內(nèi)，實驗發(fā)現(xiàn)，o光、e光均在入射面內(nèi)傳播，且振動方向相互垂直。若沿光軸方向入射，o光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而無雙折射現(xiàn)象。6．說明：1）可以引入尋常光線和非常光線的折射率與，根據(jù)與的大小，晶體又可以分為： 正晶體： ，例如石英 負晶體： ，例如方解石2）可以用惠更斯原理和作圖法求得雙折射現(xiàn)象的o光和e光。3）所謂o光和e光，只是相當(dāng)于晶體而言的，在光線透出晶體后，它們只是振動方向不同的線偏振光，這時就無所謂o光和e光。不過，為表述簡便，常把o光從晶體中射出的偏振光仍稱為o光，把e光從晶體中射出后仍稱為光。二、 Nicol棱鏡（Nicol Prism）尼科耳棱鏡是利用光的全反射原理與晶體的雙折射現(xiàn)象制成的一種偏振儀器。1．引入：天然方解石厚度有限，不可能把o光和e光分得很開。 Nicol棱鏡是
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